響應(yīng)面法優(yōu)化紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干的配制

劉 莉，余夢(mèng)婷，黃 華，畢韜韜，羅 躍

（茅臺(tái)學(xué)院食品科學(xué)與工程系，貴州仁懷 564502）

0 引言

紫色馬鈴薯是一種采用雜交育種育成的馬鈴薯品種，含有優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、花青素和大量的膳食纖維，其富含的花青素具有很強(qiáng)的抗氧化活性，同時(shí)也賦予了紫色馬鈴薯鮮艷的色澤[1-2]。相關(guān)研究表明，紫色馬鈴薯中必需氨基酸與氨基酸總量的比值（E/T）和必需氨基酸與非必需氨基酸的比值（E/N）均高于WHO/FAO 提出的40%和60%的參考蛋白質(zhì)模式，優(yōu)于其他植物蛋白，容易被人體吸收，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，與普通馬鈴薯相比，紫色馬鈴薯中的鮮味氨基酸和甜味氨基酸含量高，食用口感好，具有煮食有糯性、“面”感強(qiáng)、滋香味好的特點(diǎn)[3-4]。

傳統(tǒng)的曲奇餅干以油脂和糖為主要制作原料，含有較高的脂肪和碳水化合物，而蛋白質(zhì)、維生素和膳食纖維含量相對(duì)較少，高油高糖進(jìn)而產(chǎn)生高熱量，所以長(zhǎng)期食用此類(lèi)食品會(huì)存在脂肪和糖攝入量偏多的問(wèn)題，容易對(duì)人體健康帶來(lái)影響，對(duì)于特殊人群的影響則會(huì)更加顯著[5-6]。因此，在保持曲奇原有的風(fēng)味和口感的情況下添加紫色馬鈴薯全粉，賦予曲奇餅干新的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)用部分木糖醇代替白砂糖降低糖的含量，從而滿(mǎn)足人們對(duì)健康飲食的追求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫色馬鈴薯、低筋小麥粉、黃油、雞蛋、木糖醇、白砂糖，均為市售。

1.2 儀器與設(shè)備

CY-10 型遠(yuǎn)紅外電烤爐，上海啟多機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；PL203 型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產(chǎn)品；101FBA-1 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海樹(shù)立儀器儀表有限公司產(chǎn)品；FSJ-A05N6型粉碎機(jī)，廣東小熊電器有限公司產(chǎn)品；DDQ-B01K1型打蛋器，廣東小熊電器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 紫色馬鈴薯全粉制作流程

紫色馬鈴薯→挑選→預(yù)處理→熱風(fēng)干燥→粉碎過(guò)篩→存放備用。

1.3.2 紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干制作流程

1.3.3 紫色馬鈴薯全粉面條的單因素試驗(yàn)

通過(guò)預(yù)試驗(yàn)確定紫色馬鈴薯全粉、木糖醇、黃油及雞蛋的添加量范圍，最終確定基礎(chǔ)配方為紫色馬鈴薯全粉與低筋粉的質(zhì)量配比30∶70（g∶g），黃油添加量65%，甜味劑添加量30%，其中木糖醇和白砂糖分別占5%和25%，雞蛋添加量為20%。

紫色馬鈴薯全粉曲奇單因素試驗(yàn)見(jiàn)表1。

表1 紫色馬鈴薯全粉曲奇單因素試驗(yàn)

1.3.4 紫色馬鈴薯全粉曲奇的感官評(píng)定

選擇10 位有食品感官評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)的人員按照表2的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)曲奇餅干進(jìn)行評(píng)定，滿(mǎn)分100 分，每次的參評(píng)者要保持不變。記錄并統(tǒng)計(jì)每人對(duì)各項(xiàng)的評(píng)分，最終結(jié)果取平均值。

紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.5 響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定主要影響紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干的因素是混合粉配比、黃油添加量、甜味劑混合比例，采用Box-behken 中心組合設(shè)計(jì)響應(yīng)面分析試驗(yàn)。以感官評(píng)分為響應(yīng)值，確定最佳紫色馬鈴薯全粉曲奇的最佳配方。

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平設(shè)計(jì)

2 結(jié)果和分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 紫色馬鈴薯全粉添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究紫色馬鈴薯全粉添加量對(duì)紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干品質(zhì)的影響。

紫色馬鈴薯全粉添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖1。

圖1 紫色馬鈴薯全粉添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響

隨著紫色馬鈴薯全粉添加量的增加，產(chǎn)品感官評(píng)分呈先升高后下降的趨勢(shì)，紫色馬鈴薯全粉添加量為30%時(shí)，該曲奇餅干的感官評(píng)分最高。當(dāng)紫色馬鈴薯全粉添加過(guò)少時(shí)，不能突出紫色馬鈴薯的風(fēng)味，當(dāng)紫色馬鈴薯全粉添加過(guò)高時(shí)，曲奇餅干焙烤時(shí)容易焦煳且口感下降。在低筋小麥粉中添加紫色馬鈴薯全粉，一方面可以稀釋面粉中面筋蛋白的含量，使得曲奇餅干更加酥松，但另一方面因其纖維含量高會(huì)給曲奇餅干帶來(lái)口感粗糙、外形容易松散的問(wèn)題。

2.1.2 黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究黃油添加量對(duì)紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干品質(zhì)的影響。

黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖2。

圖2 黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響

隨著黃油添加量的增加，產(chǎn)品感官評(píng)分呈先升高后下降的趨勢(shì)。黃油添加量為60%時(shí)，該曲奇餅干的感官評(píng)分最高。當(dāng)黃油添加過(guò)少時(shí)，塑形比較困難，曲奇餅干質(zhì)感較硬，影響曲奇餅干正常的風(fēng)味和口感；當(dāng)黃油添加量過(guò)高時(shí)，曲奇餅干口感過(guò)于油膩，增加成本，且不符合低油的原則，不利于健康。

2.1.3 雞蛋添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究雞蛋添加量對(duì)紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干品質(zhì)的影響。

雞蛋添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖3。

圖3 雞蛋添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響

隨著雞蛋添加量的增加，該曲奇餅干的感官評(píng)分呈先升高后下降的趨勢(shì)。雞蛋添加量為20%時(shí)，該曲奇餅干的感官評(píng)分最高。當(dāng)雞蛋添加量過(guò)少時(shí)，與油的乳化作用不明顯，調(diào)制面團(tuán)困難，成品容易出現(xiàn)裂痕，曲奇餅干口感沒(méi)有顯著變化；當(dāng)雞蛋添加量過(guò)高時(shí)，曲奇餅干質(zhì)地比較硬，口感差，感官評(píng)分低。

2.1.4 木糖醇添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究木糖醇添加量對(duì)紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干品質(zhì)的影響。

木糖醇添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖4。

圖4 木糖醇添加量對(duì)餅干感官評(píng)分的影響

隨著木糖醇添加量的增加，產(chǎn)品感官評(píng)分呈逐漸下降的趨勢(shì)。與不添加木糖醇的曲奇餅干相比，木糖醇添加量較低時(shí)，感官評(píng)分差距較小，隨著木糖醇添加量的不斷增加，感官評(píng)分差距會(huì)越來(lái)越大。由于糖具有降低面筋形成度的作用，當(dāng)糖含量減少時(shí)，就會(huì)使餅干變硬[7]。此外，糖可以產(chǎn)生美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)等，從而賦予曲奇餅干獨(dú)特風(fēng)味和色澤，隨著木糖醇添加量不斷增加，白砂糖的添加量會(huì)隨之減少，會(huì)對(duì)感官評(píng)分有顯著影響。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)曲面模型分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以感官評(píng)分作為響應(yīng)值，以混合粉質(zhì)量作為基準(zhǔn)、混合甜味劑30%，雞蛋20%為固定添加量的條件下，選取紫色馬鈴薯全粉添加量（A）、木糖醇添加量（B）、黃油添加量（C）作為影響因素。在此基礎(chǔ)上，選擇Box-behken中心組合進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)。

響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果

運(yùn)用Design Expert V8.0.5 Box-behken 軟件對(duì)表3 中感官評(píng)分進(jìn)行線(xiàn)性回歸擬合，得回歸方程：

響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析見(jiàn)表5。

由表5 可知，所建模型p＜0.000 1 顯著，失擬項(xiàng)p＞0.05 不顯著，表明所選用的二次多元模型是高度顯著并且適用的；調(diào)整系數(shù)R2Adj=0.974 9 表明紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干感官得分的變化有97.49%來(lái)源于紫色馬鈴薯全粉添加量、木糖醇添加量和黃油添加量；決定系數(shù)R2=98.90%和信噪比（Signal-to noise，S/N）=20.715＞4 都表明了此模型具有可靠性。A、B、C、BC、A2、B2、C2的p 值均小于0.05，表明A、B、C、BC、A2、B2、C2對(duì)感官評(píng)分皆有顯著影響。經(jīng)方差分析，分別對(duì)3 個(gè)因素的p 值相比較，可得3 個(gè)因素對(duì)紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干影響的主次順序?yàn)锳＞C＞B，即紫色馬鈴薯全粉添加量＞黃油添加量＞木糖醇添加量。其中，一次項(xiàng)A 和C 對(duì)結(jié)果影響及其顯著（p＜0.001），B 對(duì)結(jié)果影響顯著（p＜0.05）；交互項(xiàng)BC 對(duì)結(jié)果顯著（p＜0.05），AB、AC 對(duì)結(jié)果影響不顯著（p＞0.05）；二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)結(jié)果影響極顯著（p＜0.01）。

表5 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析

2.2.2 響應(yīng)面圖解析

同一個(gè)區(qū)域表示響應(yīng)值一致，等高線(xiàn)形成的形狀表示交互作用的強(qiáng)弱，若為圓形，交互作用不顯著，若為橢圓，則交互作用顯著，橢圓越集中、響應(yīng)面曲線(xiàn)彎曲度越高，表明因素間的交互作用越明顯[11-12]。

紫色馬鈴薯全粉添加量和木糖醇添加量對(duì)餅干感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖見(jiàn)圖5，紫色馬鈴薯全粉添加量和黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖見(jiàn)圖6，木糖醇添加量和黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖見(jiàn)圖7。

圖5 紫色馬鈴薯全粉添加量和木糖醇添加量對(duì)餅干感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖

圖6 紫色馬鈴薯全粉添加量和黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖

圖7 木糖醇添加量和黃油添加量對(duì)餅干感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖

由圖5 可知，紫色馬鈴薯全粉添加量與木糖醇添加量?jī)烧咧g相互作用的等高線(xiàn)接近圓形，交互作用不顯著。當(dāng)紫色馬鈴薯全粉添加量為30%，木糖醇添加量為10%時(shí)，紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干的感官評(píng)分最高。由等高線(xiàn)的集中程度可以判斷，紫色馬鈴薯全粉添加量對(duì)紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干感官評(píng)分的影響比木糖醇添加量大。

由圖6 可知，紫色馬鈴薯全粉添加量與黃油添加量?jī)烧咧g相互作用的等高線(xiàn)接近圓形，交互作用不顯著。當(dāng)紫色馬鈴薯全粉添加量為30%，黃油添加量為60%時(shí)，紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干的感官評(píng)分最高。由等高線(xiàn)的集中程度可以判斷，紫色馬鈴薯全粉添加量對(duì)紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干感官評(píng)分的影響比黃油添加量大。

由圖5 可知，木糖醇添加量與黃油添加量?jī)烧咧g相互作用的等高線(xiàn)為橢圓形，交互作用顯著。當(dāng)木糖醇添加量為10%，黃油添加量為60%時(shí)，紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干的感官評(píng)分最高。由等高線(xiàn)的集中程度可以判斷，黃油添加量對(duì)紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干感官評(píng)分的影響比木糖醇添加量大。

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得出紫色馬鈴薯全粉曲奇餅干的最優(yōu)配方，確定最佳配方為混合粉配比31.16∶68.84，混合甜味劑配比10.35∶19.65，黃油添加量60.46%，雞蛋添加量20%。為了便于實(shí)際操作，將最佳工藝配方修訂為混合粉配比30∶70，混合甜味劑配比10∶30，黃油添加量60%，雞蛋添加量20%。在此配方基礎(chǔ)上進(jìn)行重復(fù)3 組試驗(yàn)，感官評(píng)分為81.65 分，與模型預(yù)測(cè)值79.60 分較一致，驗(yàn)證了模型的可靠性。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)確定了紫色馬鈴薯全粉曲奇最佳配方為混合粉比例（紫色馬鈴薯全粉∶低筋面粉）30∶70，白砂糖和木糖醇分別占20%、10%，黃油添加量60%，雞蛋添加量20%。對(duì)此配方驗(yàn)證所得餅干的感官評(píng)分可達(dá)81.65 分，得出的產(chǎn)品質(zhì)量最佳。